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Sehr anspruchsvolles CAM-Projekt erfolgreich implementiert: Gewagt und gewonnen
Die Bearbeitung von Impellern, besonders geschlossenen Impellern, ist eine höchst anspruchsvolle Aufgabe. Alle Stationen entlang der Prozesskette müssen optimal gelöst sein, um erstklassige Ergebnisse zu erzielen. Die Polygona AG in Jona, Schweiz, setzt bei CAD und CAM auf die Produkte von Open Mind und hat damit Lösungen erarbeitet, die sowohl technisch wie auch wirtschaftlich hervorragend funktionieren.
Die Schweizer sind dafür bekannt, dass sie hochpräzise Teile und Mechanismen bauen können. Nicht umsonst ist die Schweiz das Uhrenland Nummer 1. Die Schweizer haben über Jahrhunderte nicht nur das entsprechende Know-how, sondern auch das nötige Gefühl für höchste Präzision entwickelt.
 Das CAM-System Hypermill verfügt über ein Spezialpaket zum Fräsen von Impellern und Blisks.
Genau diesen Eindruck hat man auch, wenn man die Polygona AG in Jona am Zürichsee besucht. Das 1976 gegründete Unternehmen, mit heute 20 Mitarbeitern, ist weltweit bekannt für seine Polygon-Produktion auf höchstem Niveau. Gefertigt werden Polygonprofile nach DIN-Norm oder nach Kundenwunsch, auch komplette Präzisionselemente und Welle/Nabe-Komponenten in höchster Qualität. Polygona schafft es dabei, Durchmessertoleranzen von 0,005 bis 0,02 mm zu realisieren. Dieses spezielle Fertigungs-Know-how lässt sich gut vermarkten, sogar in wirtschaftlich schwierigen Zeiten. „Während man bei anderen Firmen im letzten Jahr von Einbrüchen um 40 bis 60 Prozent hörte, sind wir sogar noch gewachsen“, berichtet einer der geschäftsführenden Gesellschafter, John P. Giger.
Polygona exportiert 90 Prozent seiner Produkte, überwiegend in den Euro-Raum, aber auch in die USA und nach Asien. Einsatzbereiche sind die Energieerzeugung, der Maschinenbau, die Elektroindustrie, der Anlagenbau und der Motorsport bis hin zu LeMans-Boliden und zur Formel 1.
„Mit Impellern hatten wir bis vor zwei Jahren nur insofern zu tun, als wir in fertige Laufräder noch Polygone zur Kraftübertragung einbrachten“, erklärt John Giger. Das war „ein Stressjob“, wie er meint und zudem mit hohen Risiken behaftet, wenn etwa ein fertiger Impeller beschädigt wurde.
„Dann hatten wir die Überlegung, die Räder komplett selbst zu fertigen. Das würde unsere Wertschöpfung erhöhen und uns auf der Terminseite entlasten“, erinnert sich Giger. „Aber, erstens würden wir komplettes Neuland betreten und zweitens haben Neuanbieter kaum eine Chance in diesen Markt einzutreten, weil es starke Bindungen zwischen Hersteller und Kunde gibt“, gaben sich damals die Polygona-Manager zu bedenken.
Dennoch entschlossen sie sich, weitere Schritte zu unternehmen. Da man bei den Impeller-Kunden bereits als Hochpräzisionsanbieter im Bereich der Polygone bekannt war, waren diese immerhin bereit, in eine Diskussion über die Komplettierung von Laufrädern einzutreten. „Am Ende gab es einen, der mit uns garantierte Lieferungen zu vereinbaren wollte, wenn wir binnen drei Monaten in der Lage wären, einen einwandfreien Impeller zu liefern“, so Giger weiter.
 Polygone höchster Qualitätsstufe sind das angestammte Geschäftsfeld der Polygona AG.
Polygona hat sich daraufhin nach den Partnern umgesehen, die helfen könnten, das Neuland sozusagen in fruchtbares Ackerland umzuwandeln und fand sie in einem Schweizer Maschinenhersteller und der Open Mind Technologies AG als CAD/CAM-Lieferant.
Es gelang, das Musterrad in der gewünschten Zeit zu liefern, einen entsprechenden Vertrag mit dem Kunden abzuschließen und somit die Ampel für ein ganz neues Geschäftsfeld auf grün zu stellen.
Open Mind wurde in dieses Geschäft mit einbezogen, weil der CAM-Hersteller aus Weßling in Oberbayern mit Hypermill nicht nur ein erstklassiges allgemeines CAM-Sytem zu bieten hat, sondern auch einen Spezialmodul für das Fräsen von Impellern und Blisks zur Verfügung hat. Dazu nun einige allgemeine Anmerkungen.
Höchste Leistung bei einfacher Bedienung
Die Open Mind Technologie AG hat mit Hypermill ein CAM-System für die Bearbeitungsarten Fräsen, Bohren und Fräsdrehen entwickelt, welches dem Anwender die NC-Programmierung möglichst einfach macht und auf der anderen Seite dafür sorgt, dass die Performance, sowohl beim Programmieren, als auch an der Werkzeugmaschine stimmt.
Besonderheiten des Systems sind, dass dem Anwender mit Hilfe der Bedienmasken aufgabenorientiert nur praktikable und sichere Möglichkeiten an die Hand gegeben werden und nicht alle theoretisch denkbare Varianten. „Wir glauben nicht, dass es sinnvoll ist, alles ungefiltert an den Endanwender zu geben. Allerdings möchten wir die in der Praxis erprobten Verfahren in einzelnen Anwendungsgebieten mit einem Minimum an Schaltern zur Verfügung stellen“, so Dr. Eike Jung, Produktmanager bei Open Mind.
In diesem Sinne ist es auch besonders praktikabel, dass der Anwender alle Bearbeitungsarten, 2D, 3D und 5-Achsen aus einer einheitlichen Benutzeroberfläche heraus programmieren kann, es gibt ja kaum ein Teil, bei dem nur eine Bearbeitungsart von Nöten ist.
 Der CAD/CAM-Arbeitsplatz bei Polygona. Installiert sind Hypercad 2009.1 und Hypermill 2009.2 sowie das Spezialpaket für Impeller und Blisks.
Eine weitere Spezialität von Hypermill ist die Bearbeitung mit indexierten Achsen. Es geht bei der 5-Achs-Bearbeitung nicht darum „lustige Bewegungen“ zu vollführen, sondern wirtschaftlich zu Fräsen. Und das erreicht man, wenn eine Aufgabe mit möglichst wenigen Bewegungen ausgeführt wird. „Hypermill sucht dabei für einzelne Fräsbereiche automatisch eine kollisionsfreie, feste Werkzeuganstellung. Nur an den Stellen, wo das nicht geht, wird voll simultan gefahren“ erläutert Dr. Eike Jung. Unter anderem schont dieses Verfahren auch die Maschine – ein weiteres Wirtschaftlichkeitskriterium.
Zu den besonderen Stärken von Hypermill 5Axis zählt sicher die automatische Kollisionsvermeidung. Auch bei komplexen Bewegungen entstehen kollisionsfreie NC-Wege.
Ohne Zweifel gehört in diese Aufzählung die Feature- und Makrotechnologie, mit deren Hilfe die Anwender die Programmierung von Geometrien standardisieren und automatisieren können.
Aufbauend auf diesem Basis-System hat Open Mind ein Impeller-Blisk-Paket entwickelt. Es hilft den Anwendern das Fräsen solcher Laufräder so einfach wie möglich zu machen.
„Integrierte Automatismen reduzieren die Anzahl einzugebender Parameter auf ein Minimum. Die einfache Bedienoberfläche mit grafischer Unterstützung sorgt für eine kurze Erlernphase. Überdies garantiert die zuverlässige Kollisionskontrolle und –vermeidung bei jedem Bearbeitungsschritt maximale Prozesssicherheit“, schreibt der CAM-Hersteller in einer Broschüre.
Mit dem Paket können für Impeller und Blisks alle notwendigen Bearbeitungen sehr komfortabel definiert werden. Bearbeitungsstrategien ermöglichen, neben allgemeinen Anwendungen, wie Schruppen, Boden- und Blattschichten, auch spezielle Bearbeitungen.
Automatismen reduzieren die Anzahl der zu definierenden Parameter auf ein Minimum. Mittels grafischer Unterstützung in der Bedienoberfläche ist die Funktion dieser Parameter selbsterklärend.
Die Vorteile der Featuretechnologie von Hypermill lassen sich auch bei Impellern und Blisks nutzen. Komplette Bearbeitungssequenzen, die sich auf vergleichbaren Teilen im gleichen Material bewährt haben, werden per drag & drop übernommen. Änderungen oder das Programmieren von Varianten erfordern dadurch nur wenige Mausklicks.
Diese Art des Vorgehens, ein vollgültiges Basispaket plus Zusatzpaket, bringt dem Anwender Vorteile, wie Dr. Jung deutlich macht: „Ein absolut Spezialpaket für Impeller bringt hierfür zwar gute Fähigkeiten mit, erlaubt aber sonst nichts anderes. Ein allgemeines 5-Achs-System bedeutet für den Anwender deutlich mehr Aufwand, es dauert länger, bis ein Teil fertig ist. Unsere Lösung bringt beides: die Flexibilität eines allgemeinen Systems und die Performance eines Spezialsystems.“
Machbarkeit an oberster Stelle
Für die Polygona gab es mehrere Ansatzpunkte, die letztendlich für Hypermill sprachen: „Unser erster Ansatzpunkt war, dass wir die neuen Teile mit jungen Mitarbeitern gut hinbekommen wollten, die zwar überdurchschnittlich gut waren und sind, jedoch keine Erfahrung mit dem Fräsen von Impellern hatten. Zum zweiten wollten wir die Impeller komplett fertig fräsen und nicht mehr nachschleifen, wie sonst am Markt üblich. Der schwierigste Punkt dabei ist das Vorschlichten und Schlichten, insbesondere bei geschlossenen Laufrädern“, erläutert John Giger.
Beides gelang mit Hilfe von Hypermill gut. „Es zeigte sich, dass wir das neue System recht schnell erlernen konnten, um die NC-Programme sicher zu erstellen und wir konnten die Teile dann auch selbst auf der Maschine fräsen“, merkt Thomas Beutler, Teamleiter Simultanfräsen bei Polygona, an.
 Mit modernsten 5-Achs-Maschinen fräst Polygona Impeller bis zum Durchmesser von 800 mm.
Zudem stellte sich die technische Machbarkeit immer deutlicher heraus. Es gelang tatsächlich, die Impeller durch Fräsen komplett fertig zu bearbeiten – bis hin zum Feinschlichten. Dabei spielen die guten Simulationsmöglichkeiten des Systems eine große Rolle und die resultierende Kollisionsfreiheit der entstehenden Programme, die Giger bestätigt: „Ja, es stimmt, wir hatten innerhalb der letzten zwei Jahre noch keine Kollision zu verzeichnen.“
Der Prozessablauf
Der Prozess der Impellerherstellung beginnt mit recht unterschiedlich gelieferten Kundendaten: Manche geben nur ein Blatt mit X-, Y- und Z-Koordinaten ab, andere eine Zeichnung und manche liefern auch ein komplettes 3D-Modell.
Zur Aufbereitung der Daten hat Polygona mit Hypermill auch Hypercad, das 3D-CAD-System von Open Mind eingeführt.
 Einen geschlossenen Impeller dieser Art komplett fertig zu fräsen erfordert höchste Kompetenz, auch bei den CAM-Tools.
Weil das CAD- und CAM-System auf dem gleichen Kern läuft, entfällt die Datenübertragung. Unmittelbar nach Erstellung des CAD-Modells kann die NC-Programmierung beginnen.
Parallel dazu werden die Werkzeuge entwickelt. „Mit Standardwerkzeugen hat man keine Chance“, so Giger.
Ist das NC-Programm fertig, erfolgt der Postprozessorlauf. Alle „PPs“ kommen von Open Mind. Die Oberbayern unterhalten dafür eine Extraabteilung, die sichere und sehr produktive Postprozessoren entwickelt. Das hat auch im Fall von Polygona gut geklappt: „Die Postprozessoren haben von Anfang an gut funktioniert, bestätigt John Giger.
Danach werden die Impeller gefräst und eventuell Nachbehandlungen unterzogen, wie Oberflächenveredelung oder Auswuchten.
Das Spektrum an Laufrädern reicht heute von 0 bis 800 mm Durchmesser, bzw. bei geschlossenen Typen bis 250 mm, die Laufradhöhe kann bis 350 mm betragen.
Impeller, insbesondere geschlossene, sind so anspruchsvoll, dass alle Stationen des Prozesses sicher beherrscht werden müssen. Mit Hilfe der Partner, unter anderem Open Mind, ist es Polygona gelungen, ein wirklich extrem hohes Qualitätsniveau zu erreichen, das auch Kunden bestätigen und „wir sind preislich konkurrenzfähig“, freut sich Giger.
 Sind erfolgreich im Geschäft mit Impellern: John P. Giger, geschäftsführender Gesellschafter (rechts) und Matthias König, Anwendungstechniker der Polygona AG.
Daraus leitet er hervorragende Zukunftsaussichten ab. „Wir werden weiter wachsen! Schon heute sind wir komplett ausgebucht und müssen daher aufrüsten, sowohl bei CAD/CAM, als auch bei den Maschinen.
Somit kann die Überschrift zum Abschluss noch einmal wiederholt werden: Gewagt und gewonnen!
www.openmind-tech.com
www.polygona.ch
- Karl Obermann –
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